Energi dan Daya Listrik serta Contoh Soal ~ Arena Edukasi

1. Energi Listrik

Anda telah mengetahui bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah. Selain itu, elektron sebagai pembawa muatan listrik memerlukan energi untuk berpindah, yakni energi potensial yang besarnya muatan dikali potensial listriknya.

Lampu yang Menyala karena Energi Listrik

Tinjau sebuah konduktor yang diberi beda potensial Vab = V, seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Elektron-elektron pada konduktor itu akan bergerak dari titik b menuju ke titik a. Mengapa demikian?

Gambar 1 Elektron dapat mengalir dalam konduktor yang diberi beda potensial karena adanya energi listrik.

Ketika beda potensial V diberikan, elektron-elektron tersebut akan mendapatkan tambahan energi masing-masing sebesar eV, dengan e adalah muatan satu elektron. Energi inilah yang kemudian mengalirkan elektron dalam konduktor. Jika dalam konduktor tersebut mengalir n buah elektron, total muatan yang mengalir adalah Q = ne. Dengan demikian, energi yang diperlukan untuk mengalirkan elektron memenuhi W = QV. Energi ini disebut energi listrik. Oleh karena itu, energi listrik adalah usaha untuk memindahkan muatan listrik tersebut.

Dalam kaitannya dengan arus listrik, Q = It maka energi listrik memenuhi persamaan sebagai berikut.

dengan:

W = energi listrik (joule; J),

V = beda potensial atau tegangan listrik (volt; V),

I = kuat arus yang mengalir (ampere; A), dan

t = lamanya arus mengalir (sekon; s).

Persamaan (1) di atas berlaku untuk semua komponen atau beban listrik yang diberi beda potensial V dan dialiri arus I dalam selang waktu t. Khusus untuk beban listrik berupa hambatan listrik, mengingat V = IR atau I = V/R, Persamaan (1) dapat ditulis menjadi:

Dalam SI, satuan dari energi listrik adalah joule (disingkat J). Satuan lain yang juga sering digunakan adalah kilowattjam, disingkat kWh (kilowatthour), dengan 1 kWh = 3,6 × 106 J.

Contoh Soal

Sebuah alat pemanas bekerja pada tegangan 220 V dan arus 2 A. Tentukan energi listrik yang diserap pemanas tersebut selama (a) 5 sekon dan (b) 1 jam.

Jawab

Diketahui: V = 220 V dan I = 2 A.

Energi listrik yang diserap pemanas

a. selama t = 5 s adalah

W = VIt = (220 V)(2 A)(5 s) = 2200 J

b. Selama t = 1 jam adalah

W = VIt = (220 V)(2 A)(1 s) = 440 watt-jam = 0,44 kWh

2. Daya Listrik

Daya atau laju energi listrik adalah energi listrik yang dihasilkan/diserap tiap satuan waktu. Secara matematis, daya listrik (diberi simbol P) ditulis

dengan:

P = daya listrik (watt; W), dan

t = waktu (sekon; s).

Satuan daya listrik, dalam SI, adalah joule/sekon (disingkat J/s). Satuan ini diberi nama watt, disingkat W, dengan 1 W = 1 J/s. Selanjutnya, jika Persamaan (1) dimasukkan ke Persamaan (3), maka diperoleh

yang berlaku untuk setiap komponen atau beban listrik. Sementara itu, jika Persamaan (2) dimasukkan ke Persamaan (3), maka diperoleh persamaan daya listrik pada hambatan listrik, yaitu

Contoh Soal

Sebuah lampu dihubungkan dengan tegangan 220 V sehingga mengalir arus 0,5 A pada lampu tersebut. Tentukanlah energi listrik yang diserap oleh lampu tiap sekon.

Jawab

Diketahui: V = 220 V dan I = 0,5 A.

Energi listrik yang diserap lampu tiap sekon atau daya yang diserap lampu adalah

P = VI = (220 V)(0,5 A) W.

3. Spesifikasi Tegangan dan Daya Kerja pada Beban Listrik

Hampir semua beban listrik (lampu, radio, TV, komputer, dll.) menuliskan spesifikasi tegangan dan daya kerjanya. Spesifikasi beban listrik ini berkaitan dengan seberapa besar tegangan yang boleh diberikan pada beban listrik dan berapa daya yang akan diserap atau dihasilkannya. Sebagai contoh, sebuah lampu bertuliskan 220 V, 60 W. Hal ini berarti lampu tersebut bekerja normal, yakni menyerap daya 60 W ketika diberi tegangan 220 V. Nilai 220 V juga merupakan nilai tegangan maksimum yang boleh diberikan pada lampu tersebut. Jika tegangan yang diberikan lebih besar daripada 220 V, lampu akan rusak. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan lampu kurang dari 220 V, lampu akan menyala redup (daya yang diserapnya kurang dari 60 W). Daya yang diserap beban listrik ketika dihubungkan dengan tegangan sumber tertentu memenuhi persamaan

dengan:

Ps = daya yang diserap lampu (W),

Vs = tegangan yang diberikan pada lampu (V),

Pt = daya yang tertulis pada lampu (W), dan

Vt = tegangan yang tertulis pada lampu (V).

Spesifikasi beban listrik berkaitan pula dengan hambatan beban tersebut. Hambatan beban listrik dengan spesikasi Vt volt, Pt watt adalah

Selain dua hal tersebut, spesifikasi tegangan dan daya listrik pada beban listrik juga menunjukkan bahwa arus maksimum yang boleh melewatinya adalah

Contoh Soal

Sebuah lampu bertuliskan 220 V, 50 W dihubungkan dengan sumber tegangan 110 V. Tentukan:

(a) hambatan dalam lampu,

(b) arus yang mengalir pada lampu, dan

Jawab

Diketahui: Vt = 220 V, Pt = 50 W, dan tegangan sumber yang diberikan Vs = 110 V.

(a) Hambatan dalam lampu,

(b) Arus yang melalui lampu

Hati-hati, jangan gunakan Persamaan (8) karena persamaan tersebut berlaku untuk arus maksimum yang boleh melewati lampu.

Sumber:

Saripudin, A., Dede R.K., & Adit S. 2009. Praktis Belajar Fisika 1. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

Energi dan Daya Listrik serta Contoh Soal